JP6911778B2 - Radar device - Google Patents
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Description
本開示は、複数のアンテナを介して電波を送受信することで物体を検出するレーダ装置に関する。 The present disclosure relates to a radar device that detects an object by transmitting and receiving radio waves via a plurality of antennas.
特許文献1には、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される複数の送信アンテナを有する送信アンテナ部と、配列方向に沿って一列に配置される複数の受信アンテナを有する受信アンテナ部とを備えたレーダ装置が記載されている。
特許文献1に記載のレーダ装置では、2個の送信アンテナの配置間隔が4dであり、4個の受信アンテナの配置間隔がdである。このため、特許文献1に記載のレーダ装置では、8個の仮想受信アンテナが配置間隔dで配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。
In the radar device described in
しかし、特許文献1に記載のレーダ装置では、受信アンテナの配置間隔が仮想受信アンテナの配置間隔と一致しており、受信アンテナの配置間隔が狭いために、受信チャネルのアイソレーションが悪く、物体の方位の検出精度が低下してしまうことがあった。
However, in the radar device described in
本開示は、物体の方位の検出精度を向上させることを目的とする。 An object of the present disclosure is to improve the detection accuracy of the orientation of an object.
本開示の一態様は、送信アンテナ部(3)と、発振部(21)と、変調部(22)と、受信アンテナ部(4)と、処理部(6)とを備えるレーダ装置(1)である。
送信アンテナ部は、予め設定された第1間隔で、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される複数の送信アンテナを有する。発振部は、連続波の共通信号を発生させる。変調部は、共通信号を複数の送信アンテナと同数に分岐させた複数の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期毎に分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、複数の送信アンテナに入力される複数の送信信号を生成する。受信アンテナ部は、第1間隔とは異なるように設定された第2間隔で、配列方向に沿って一列に配置される複数の受信アンテナを有する。処理部は、受信アンテナ部にて受信された複数の受信信号のそれぞれから抽出される、複数の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、送信アンテナ部からの放射波を反射した物体に関する情報を生成する。
One aspect of the present disclosure is a radar device (1) including a transmitting antenna unit (3), an oscillating unit (21), a modulation unit (22), a receiving antenna unit (4), and a processing unit (6). Is.
The transmitting antenna unit has a plurality of transmitting antennas arranged in a row along a preset arrangement direction at a preset first interval. The oscillator generates a continuous wave common signal. The modulation unit rotates the phase of the branched signal for each preset repetition period with a different phase rotation amount for each of the plurality of branched signals obtained by branching the common signal to the same number as the plurality of transmitting antennas. By performing phase shift modulation, a plurality of transmission signals input to a plurality of transmission antennas are generated. The receiving antenna unit has a plurality of receiving antennas arranged in a row along the arrangement direction at a second interval set differently from the first interval. The processing unit relates to an object that reflects the radiated wave from the transmitting antenna unit based on a plurality of signal components corresponding to the plurality of transmitting signals extracted from each of the plurality of received signals received by the receiving antenna unit. Generate information.
そして、本開示のレーダ装置では、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。また、第1間隔は、複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔と、2以上の整数である第1倍数との乗算値に等しく、第2間隔は、最小間隔と、2以上の整数であり且つ第1倍数と異なるように設定された第2倍数との乗算値に等しい。そして、第1倍数および第2倍数は互いに素である。 Then, in the radar device of the present disclosure, the plurality of transmitting antennas and the plurality of receiving antennas form a virtual array in which a plurality of virtual receiving antennas are arranged in a row along the arrangement direction. Further, the first interval is equal to the multiplication value of the minimum interval which is the minimum value of the arrangement interval of the plurality of virtual receiving antennas and the first multiple which is an integer of 2 or more, and the second interval is the minimum interval and 2 It is the above integer and is equal to the multiplication value with the second multiple set so as to be different from the first multiple. And the first and second multiples are relatively prime.
このように構成された本開示のレーダ装置は、複数の受信アンテナの配置間隔が仮想受信アンテナの配置間隔の2倍以上であり、物理的な受信チャネル間隔を広げることができるために、受信チャネル間のアイソレーションを向上させることができ、物体の方位の検出精度を向上させることができる。 In the radar device of the present disclosure configured in this way, the arrangement interval of the plurality of receiving antennas is more than twice the arrangement interval of the virtual receiving antennas, and the physical receiving channel interval can be widened. The isolation between the antennas can be improved, and the detection accuracy of the orientation of the object can be improved.
なお、この欄及び特許請求の範囲に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本開示の技術的範囲を限定するものではない。 In addition, the reference numerals in parentheses described in this column and the scope of claims indicate the correspondence with the specific means described in the embodiment described later as one embodiment, and the technical scope of the present disclosure is defined. It is not limited.
以下に本開示の実施形態を図面とともに説明する。
本実施形態のレーダ装置1は、車両に搭載され、車両の周囲に存在する様々な物体を検出する。レーダ装置1は、複数のアンテナで同時に電波を送受信するMIMOレーダである。MIMOは、Multi Input Multi Outputの略である。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
The
レーダ装置1は、図1に示すように、送信部2と、送信アンテナ部3と、受信アンテナ部4と、受信部5と、処理部6とを備える。
送信アンテナ部3は、M個の送信アンテナを有する。Mは2以上の整数である。各送信アンテナは、予め設定された第1間隔dTで、予め設定された配列方向に沿って一列に配置される。本実施形態では、配列方向は、車両の幅方向である。
As shown in FIG. 1, the
The transmitting
受信アンテナ部4は、N個の受信アンテナを有する。Nは2以上の整数である。各受信アンテナは、第1間隔dTとは異なる第2間隔dRで、送信アンテナの配列方向と同じ方向に沿って配置される。
The
ここで、M=2、N=2の場合に各受信アンテナで受信される信号について説明する。図2に示すように、検出対象となる物体が、送信アンテナ部3および受信アンテナ部4の正面方向に対して角度θだけ傾いた方向に存在すると仮定する。また、物体での反射係数をD、送信アンテナTX1から物体に至る経路での信号の位相変化をαTで表し、物体から受信アンテナRX1に至る経路での信号の位相変化をαRで表す。なお、αTおよびαRは複素数で表現される。
Here, the signal received by each receiving antenna when M = 2 and N = 2 will be described. As shown in FIG. 2, it is assumed that the object to be detected exists in a direction inclined by an angle θ with respect to the front direction of the transmitting
この場合、送信アンテナTX1から送信され受信アンテナRX1で受信される信号は式(1)で表される。送信アンテナTX1から送信され受信アンテナRX2で受信される信号は式(2)で表される。送信アンテナTX2から送信され受信アンテナRX1で受信される信号は式(3)で表される。送信アンテナTX2から送信され受信アンテナRX2で受信される信号は式(4)で表される。 In this case, the signal transmitted from the transmitting antenna TX1 and received by the receiving antenna RX1 is represented by the equation (1). The signal transmitted from the transmitting antenna TX1 and received by the receiving antenna RX2 is represented by the equation (2). The signal transmitted from the transmitting antenna TX2 and received by the receiving antenna RX1 is represented by the equation (3). The signal transmitted from the transmitting antenna TX2 and received by the receiving antenna RX2 is represented by the equation (4).
これらの式は、図3に示すように、4つの受信アンテナを、基準となる一つの受信アンテナからの距離が、それぞれdR,dT,dT+dRとなる位置に並べた場合と等価である。図3では、最も左に位置する受信アンテナを基準としている。このように並んだ仮想的な受信アンテナ(以下、仮想受信アンテナ)を仮想アレーという。
As shown in FIG. 3, these equations are equivalent to arranging four receiving antennas at positions where the distances from one reference receiving antenna are d R , d T , and d T + d R, respectively. Is. In FIG. 3, the receiving antenna located on the far left is used as a reference. Virtual receiving antennas arranged in this way (hereinafter referred to as virtual receiving antennas) are referred to as virtual arrays.
MIMOレーダでは、仮想アレーを用いることで、1個の送信アンテナとM×N個の受信アンテナとを備える場合と同等の角度分解能が、M+N個の送信アンテナおよび受信アンテナによって実現される。 In MIMO radar, by using a virtual array, the same angular resolution as when one transmitting antenna and M × N receiving antennas are provided is realized by M + N transmitting antennas and receiving antennas.
本実施形態では、図4に示すように、dT=3dであり、dR=2dである。dは、仮想アレーの最小間隔である。なお、図4では、図示の簡略化のためにM=2としている。すなわち、図4は、2個の送信アンテナTX1,TX2と、N個の受信アンテナRX1,RX2,・・・RXNが配列方向に沿って配置されている場合における仮想アレーを示している。 In this embodiment, as shown in FIG. 4, d T = 3d and d R = 2d. d is the minimum interval of the virtual array. In FIG. 4, M = 2 is set for simplification of the illustration. That is, FIG. 4 shows a virtual array when two transmitting antennas TX1 and TX2 and N receiving antennas RX1, RX2, ... RXN are arranged along the arrangement direction.
これにより、2N個の仮想受信アンテナVRX_1,VRX_2,VRX_3,VRX_4,・・・,VRX_2N−3,VRX_2N−2,VRX_2N−1,VRX_2Nが配列方向に沿って配置される仮想アレーが形成される。仮想受信アンテナVRX_1と仮想受信アンテナVRX_2との間の距離と、仮想受信アンテナVRX_2N−1と仮想受信アンテナVRX_2Nとの間の距離とが2dである。その他の隣接する仮想受信アンテナ間の距離はdである。 As a result, a virtual array is formed in which 2N virtual receiving antennas VRX_1, VRX_2, VRX_3, VRX_4, ..., VRX_2N-3, VRX_2N-2, VRX_2N-1, VRX_2N are arranged along the arrangement direction. The distance between the virtual receiving antenna VRX_1 and the virtual receiving antenna VRX_2 and the distance between the virtual receiving antenna VRX_2N-1 and the virtual receiving antenna VRX_2N are 2d. The distance between the other adjacent virtual receiving antennas is d.
送信部2は、図1に示すように、発振部21と、変調部22とを備える。発振部21は、連続波の共通信号を生成する。発振部21は、生成した共通信号を、変調部22に供給するとともに、ローカル信号Lとして受信部5にも供給する。また発振部21は、図5に示すように、測定周期Tf(例えば、50ms)を1フレームとして、各フレームの先頭の測定期間Tm(例えば、10ms)の間、連続的に周波数が変化するチャープ信号を、繰返周期Tp(例えば、50μs)毎に繰り返し生成する。
As shown in FIG. 1, the
発振部21は、測定周期Tf、測定期間Tmおよび繰返周期Tpを、処理部6からの指示に従って適宜変更できるように構成されている。なお、繰返周期の間に変化させるチャープ信号の周波数幅は、繰返周期Tpによらず一定である。つまり、繰返周期Tpを変化させることで、チャープ信号の周波数の変化率Δfが変化するように構成されている。
The
また、繰返周期Tpの許容範囲、ひいてはチャープ信号の周波数の変化率Δfの許容範囲は、送信信号と受信信号とを混合して生成するビート信号を解析した時に、物体との相対速度に応じて生じる周波数偏移が、物体との距離に応じて生じる周波数偏移と比較して無視できる程度に小さくなるように設定される。 Further, the permissible range of the repeat period Tp, and thus the permissible range of the frequency change rate Δf of the chirp signal, depends on the relative speed with the object when the beat signal generated by mixing the transmission signal and the reception signal is analyzed. The frequency deviation that occurs is set to be negligible compared to the frequency deviation that occurs depending on the distance to the object.
変調部22は、発振部21が生成した共通信号を分岐させ、送信アンテナ部3に属する送信アンテナと同数であるM個の分岐信号を生成する。変調部22は、M個の分岐信号のそれぞれについて、繰返周期Tp毎に分岐信号の位相を変化させる位相偏移変調を行う。これにより、送信アンテナのそれぞれに供給するM個の送信信号を生成する。位相偏移変調では、M個の分岐信号のそれぞれに対して互いに異なる大きさの位相回転量Δφを設定し、繰返周期毎に、その位相回転量Δφだけ分岐信号の位相を回転させる。
The modulation unit 22 branches the common signal generated by the
ここで、位相偏移変調で使用する位相の数をPとする。PはMより大きい整数である。変調部22では、p=0,1,2,…P−1として、Δφ=p×360°/Pで表されるP種類の位相回転量を用いる。例えば、P=4の場合、図6に示すように、p=0ではΔφ=0°となり、変調前の信号である分岐信号(すなわち、共通信号)に対する変調後の信号である送信信号の位相差は、全ての繰返周期Tpで0°となる。p=1ではΔφ=90°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期Tp毎に切り替わり、0°→90°→180°→270°→0°(以下同様)の順に変化する。p=2ではΔφ=180°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、0°→180°→0°→180°→0°(以下同様)の順に変化する。p=3ではΔφ=270°となり、共通信号に対する送信信号の位相差は繰返周期毎に切り替わり、0°→270°→180°→90°→0°(以下同様)の順に変化する。 Here, let P be the number of phases used in phase shift keying. P is an integer greater than M. In the modulation unit 22, P-type phase rotation amount represented by Δφ = p × 360 ° / P is used as p = 0, 1, 2, ... P-1. For example, when P = 4, as shown in FIG. 6, when p = 0, Δφ = 0 °, and the position of the transmission signal which is the signal after modulation with respect to the branch signal (that is, the common signal) which is the signal before modulation. The phase difference is 0 ° at all repetition periods Tp. When p = 1, Δφ = 90 °, and the phase difference of the transmitted signal with respect to the common signal is switched for each repetition period Tp, and changes in the order of 0 ° → 90 ° → 180 ° → 270 ° → 0 ° (the same applies hereinafter). When p = 2, Δφ = 180 °, and the phase difference of the transmitted signal with respect to the common signal is switched for each repeat cycle, and changes in the order of 0 ° → 180 ° → 0 ° → 180 ° → 0 ° (the same applies hereinafter). When p = 3, Δφ = 270 °, and the phase difference of the transmitted signal with respect to the common signal is switched for each repeat cycle, and changes in the order of 0 ° → 270 ° → 180 ° → 90 ° → 0 ° (the same applies hereinafter).
上述したようにP>Mに設定されるため、位相偏移変調には、P種類の位相回転量Δφの全種類が使用されることはなく、その一部が使用される。
変調部22は、位相数Pの設定、P種類の位相回転量Δφのうち位相偏移変調に使用するM種類の位相回転量の選択、選択されたM種類の位相回転量とM個の送信アンテナとの対応関係の設定を適宜変更できるように構成されている。設定の変更は、処理部6からの指示に従ってもよいし、自動的に行ってもよい。自動的に変更する場合は、予め決められたパターンに従って行ってもよいし、ランダムに行ってもよい。
Since P> M is set as described above, not all types of P-type phase rotation amount Δφ are used for phase shift keying, but some of them are used.
The modulation unit 22 sets the number of phases P, selects M types of phase rotation amount to be used for phase shift modulation among P types of phase rotation amount Δφ, selects M types of phase rotation amount, and transmits M pieces. It is configured so that the setting of the correspondence relationship with the antenna can be changed as appropriate. The setting may be changed according to the instruction from the
受信部5は、図1に示すように、受信アンテナ部4に属する各受信アンテナから出力されるN個の受信信号のそれぞれについて、ローカル信号Lとの差信号であるビート信号を生成し、生成されたビート信号をサンプリングして処理部6に供給する。以下、各受信アンテナに対応して受信信号から各ビート信号を生成するための構成(例えば、各受信アンテナに対応して設けられているミキサ、増幅器およびAD変換器)を、一括して受信チャネルと呼ぶ。
As shown in FIG. 1, the receiving
処理部6は、CPU61およびメモリ62等を備えた周知のマイクロコンピュータを中心に構成された電子制御装置である。メモリ62は、例えばROMおよびRAM等である。マイクロコンピュータの各種機能は、CPU61が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ62が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、CPU61が実行する機能の一部または全部を、一つあるいは複数のIC等によりハードウェア的に構成してもよい。また、処理部6を構成するマイクロコンピュータの数は1つでも複数でもよい。
The
次に、処理部6が実行する物体検出処理の手順を説明する。物体検出処理は、処理部6が起動した後に繰り返し実行される処理である。
この物体検出処理が実行されると、処理部6は、図7に示すように、まずS110にて、発振部21に生成させる共通信号に関するパラメータである繰返周期Tpを設定する。上述したように、繰返周期を変化させると、チャープ信号の周波数の変化率Δfが変化する。なお、繰返周期Tpは固定値であってもよいし、本処理が実行される毎に予め決められたパターンに従って或いはランダムに複数種類の値の中から選択して繰返周期Tpが設定されるようにしてもよい。また、S110において、測定周期Tfおよび測定期間Tmが適宜可変設定されるようにしてもよい。
Next, the procedure of the object detection process executed by the
When this object detection process is executed, as shown in FIG. 7, the
処理部6は、S120にて、変調部22での位相偏移変調に用いる位相数Pを設定する。位相数Pは、少なくとも送信アンテナ数Mより大きな値が用いられる。例えば、P=M+1に設定してもよい。繰返周期Tpと同様に、位相数Pは固定値であってもよいし、本処理が実行される毎に予め決められたパターンに従って或いはランダムに複数種類の値の中から選択して位相数Pが設定されるようにしてもよい。
The
処理部6は、S130にて、位相数Pによって決まるP種類の位相回転量のうち、変調部22での位相偏移変調に用いるM種類の位相回転量を選択する。M種類の位相回転量は、360°の中で各回転量が均等に配置されることがないように、すなわち、不均一な配置となるように選択される。
In S130, the
具体的には、PとMとが公約数を持たない場合は、任意に位相回転量を選択することができる。PとMとが公約数を有する場合は、配置間隔が同一パターンの繰り返しとなることがないように注意して選択する必要がある。 Specifically, when P and M do not have a common divisor, the phase rotation amount can be arbitrarily selected. When P and M have common divisors, it is necessary to carefully select them so that the arrangement intervals do not repeat the same pattern.
例えば、図8に示すように、P=4且つM=2である場合、位相回転量の組み合わせとして、(0°,90°)、(90°,180°)、(180°,270°)、(270°,0°)は選択可であるが、(0°,180°)、(90°,270°)は選択不可である。また、P=4且つM=3である場合、位相回転量の組み合わせとして、(0°,90°,180°)、(90°,180°,270°)、(180°,270°,0°)、(270°,0°,90°)の全てが選択可である。但し、本実施形態では、必ずΔφ=0°を含んだ組み合わせを選択する。 For example, as shown in FIG. 8, when P = 4 and M = 2, the combination of phase rotation amounts is (0 °, 90 °), (90 °, 180 °), (180 °, 270 °). , (270 °, 0 °) can be selected, but (0 °, 180 °) and (90 °, 270 °) cannot be selected. When P = 4 and M = 3, the combinations of phase rotation amounts are (0 °, 90 °, 180 °), (90 °, 180 °, 270 °), (180 °, 270 °, 0). °), (270 °, 0 °, 90 °) can all be selected. However, in this embodiment, a combination including Δφ = 0 ° is always selected.
なお、位相回転量の選択は、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、選択可能な組み合わせの中で、予め決められたパターンに従って又はランダムに切り替えられるようにしてもよい。 The selection of the phase rotation amount may be constant at all times, or may be switched according to a predetermined pattern or randomly among the selectable combinations each time the present process is executed.
処理部6は、S140にて、S130で選択されたM種類の位相回転量と、各送信アンテナとの対応関係を設定する。この対応づけは、例えば、予め設定された規則に従って割り当てられてもよいし、ランダムに割り当てられてもよい。また、対応付けは、常に一定でもよいし、本処理が実行される毎に、予め決められたパターンに従って或いはランダムに切り替えられてもよい。
In S140, the
図9は、P=4且つM=2であり、位相回転量の組み合わせとして(0°,90°)が選択され、送信アンテナTX1にΔφ=0°、送信アンテナTX2にΔφ=90°を割り当てた場合に、送信アンテナTX1,TX2のそれぞれに供給される送信信号の位相が変化する様子を表現している。 In FIG. 9, P = 4 and M = 2, (0 °, 90 °) is selected as the combination of the phase rotation amounts, and Δφ = 0 ° is assigned to the transmitting antenna TX1 and Δφ = 90 ° is assigned to the transmitting antenna TX2. In this case, the phase of the transmission signal supplied to each of the transmission antennas TX1 and TX2 changes.
処理部6は、S150にて、測定開始タイミングであるか否かを判断する。処理部6は、測定開始タイミングでない場合には、測定開始タイミングになるまで、S150の処理を繰り返すことで待機する。処理部6は、測定開始タイミングである場合には、S160に移行する。測定開始タイミングとは、測定周期Tfによって長さが決まるフレームが切り替わるタイミングである。
The
S160に移行すると、処理部6は、S110〜S140での設定結果に従って送信部2を作動させ、レーダ測定を実施する。具体的には、送信部2に、測定期間Tmの間、繰返周期Tp毎にチャープ信号を繰り返し送信させ、その受信信号から生成されるビート信号のサンプリング結果を取得する。以下、測定期間Tm中に繰り返し送信されるチャープ信号の数をK個とする。
After shifting to S160, the
処理部6は、S170にて、N個の受信アンテナから得られるビート信号のサンプリング結果を、受信アンテナ毎に、且つ、チャープ信号毎に周波数解析することによって、N個の受信アンテナのそれぞれについてK個ずつの距離スペクトラムを算出する。各距離スペクトラムでは、送信アンテナから送信された放射波を反射した物体を往復するのに要した時間(すなわち、物体までの距離)に応じた周波数にピークが出現する。
In S170, the
処理部6は、S180にて、S170にて算出されたN×K個の距離スペクトラムを用いて、受信アンテナ毎に速度スペクトラムを算出する。具体的には、着目する受信アンテナに関するK個の距離スペクトラムから、同一周波数binの信号を抽出し、抽出した信号に対して時間軸方向への周波数解析処理を実行する。この処理を全ての周波数bin(すなわち、距離)について実行する。
The
速度スペクトラムでは、送信アンテナ部3からの放射波を反射した物体との相対速度がゼロである場合は、各送信アンテナに割り当てられた位相回転量に応じた周波数が、ドップラ周波数として抽出される。つまり、Δφ=0°に対応する信号成分の周波数は0Hzである。
In the velocity spectrum, when the relative velocity with respect to the object reflecting the radiated wave from the transmitting
なお、ドップラ周波数が観測される範囲(以下、ドップラ観測範囲)は、繰返周期Tpによって決まる。また、ドップラ周波数は、図10に示すように、ドップラ観測範囲をP分割した地点のうち、M個の地点にて検出される。図10では、ドップラ観測範囲の上限が1に正規化されている。 The range in which the Doppler frequency is observed (hereinafter referred to as the Doppler observation range) is determined by the repetition period Tp. Further, as shown in FIG. 10, the Doppler frequency is detected at M points among the points where the Doppler observation range is divided into P. In FIG. 10, the upper limit of the Doppler observation range is normalized to 1.
また、速度スペクトラムでは、物体との間に相対速度がある場合は、これらM個のドップラ周波数は、相対速度に応じた大きさだけシフトし、相対速度の大きさによっては、周波数の折り返しが発生する。 Further, in the velocity spectrum, when there is a relative velocity with the object, these M Doppler frequencies are shifted by a magnitude corresponding to the relative velocity, and frequency wrapping occurs depending on the magnitude of the relative velocity. do.
これらS170およびS180の算出結果から、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度を表す二次元スペクトラム(以下、受信スペクトラム)が、受信アンテナ毎に生成される。 From the calculation results of S170 and S180, a two-dimensional spectrum (hereinafter, reception spectrum) representing the distance and relative velocity to the object reflecting the radar wave is generated for each receiving antenna.
図7に示すように、処理部6は、S190にて、受信アンテナ毎に、受信スペクトラムを用いて、レーダ波を反射した物体との距離および相対速度と、物体が存在する方位とを算出する情報生成処理を実行し、物体検出処理を終了する。
As shown in FIG. 7, in S190, the
次に、S190で実行される情報生成処理の手順を説明する。
情報生成処理が実行されると、処理部6は、図11に示すように、まずS310にて、S180にて受信アンテナ毎に生成されたN個の受信スペクトラムを、インコヒーレント積分して、一つの統合スペクトラムg(r,v)を算出する。受信アンテナ毎の受信スペクトラムをs(r,v,Rch)で表すものとして、統合スペクトラムg(r,v)は、式(5)を用いて算出される。rは距離であり、vは、ドップラ観測範囲の上限周波数に対応する速度を1とする正規化ドップラ速度であり、Rchは、受信アンテナを識別する番号である。
Next, the procedure of the information generation process executed in S190 will be described.
When the information generation process is executed, as shown in FIG. 11, the
処理部6は、S320にて、統合スペクトラム上で、予め設定された閾値以上の強度を有するピークがM個以上検出されている距離を候補距離として、候補距離のうち、以下のS330からS380での処理の対象として未だ選択されていない距離を、対象距離rとして選択する。
The
処理部6は、S330にて、S320で選択された対象距離rで検出される複数のピークのうち、以下のS340からS370での処理対象として未だ選択されていないピークに対応する速度を対象速度vとして選択する。ここでは、速度が小さいものから順番に選択する。
The
処理部6は、S340にて、対象速度vのピークが、位相回転量Δφ=0°に対応したピークであると仮定し、式(6)に従って、他の位相回転量に対応したピークが存在すると推定されるM−1個の対応点(r,vj)、但し、j=2〜Mを算出する。x(j)は、S130で選択されたΔφ=0°以外の位相回転量である。v,vjは正規化されたドップラ周波数であり、0〜1の値をとる。mod(a,m)は、aをmで割った後の余りを示す。
In S340, the
処理部6は、S350にて、S340で推定された対応点の全てについて、統合スペクトラム上でピーク(すなわち、二次極大点)が存在するか否かを判断し、肯定判断された場合はS360に移行し、否定判断された場合は、S390に移行する。以下では、対応点に対応するM個のピークを候補ピーク群という。
The
S360に移行すると、処理部6は、候補ピーク群が電力条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、S370に移行し、否定判断された場合は、S390に移行する。ここでは、電力条件として、候補ピーク群に属するピークの信号強度差が、予め設定された許容範囲内にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークの信号強度は、いずれも類似しているはずであるとの知見に基づく。
When shifting to S360, the
S370に移行すると、処理部6は、候補ピーク群が位相条件を満たすか否かを判断し、肯定判断された場合は、S380に移行し、否定判断された場合は、S390に移行する。ここでは、位相条件として、基準受信チャンネルとそれ以外の受信チャンネル位相差を算出し、候補ピーク間でこの位相差の差異が予め設定された許容範囲にあることを用いる。これは、同一物体からの反射波に基づくピークは、いずれも同じ方向から到来するはずであるとの知見に基づき、同じ方向から到来するピークの受信間位相差は、いずれも似たような大きさになることに基づく。以下では、370にて肯定判断された候補ピーク群を、同一物体ピーク群という。
Upon transition to S370, the
S380に移行すると、処理部6は、対象距離rと対象速度vとの組を、物体情報として登録する。更に、処理部6は、以下のようにして算出した方位θも物体情報に追加する。すなわち、受信アンテナ毎に算出されたN個の受信スペクトラムのそれぞれから、M個の同一物体ピーク群に対応する各ピークを抽出する。抽出されたM×N個のピークを、仮想アレーに含まれるM×N個の受信アンテナからの受信信号とみなして、MUSICまたはビームフォーミング等の方位検出処理を実行することで、物体の方位θを算出する。MUSICは、Multiple signal classificationの略である。
After shifting to S380, the
なお、N個の受信アンテナの受信信号それぞれから、同一物体ピーク群として抽出される、各M個のピークは、仮想アレーから得られるM×N個の受信信号に相当する。
S390に移行すると、処理部6は、対象距離rで検出される全てのピーク(すなわち、速度)が、対象速度vとして選択された否かを判断し、肯定判断された場合はS400に移行し、否定判断された場合は、S330に移行する。
It should be noted that each M peak extracted as the same object peak group from each of the received signals of the N receiving antennas corresponds to M × N received signals obtained from the virtual array.
When shifting to S390, the
S400に移行すると、処理部6は、全ての候補距離が対象距離rとして選択されたか否かを判断し、肯定判断された場合は、情報生成処理を終了し、否定判断された場合は、S320に移行する。
Upon shifting to S400, the
このように構成されたレーダ装置1は、送信アンテナ部3と、発振部21と、変調部22と、受信アンテナ部4と、処理部6とを備える。
送信アンテナ部3は、予め設定された第1間隔dTで、予め設定された配列方向に沿って一列に配置されるM個の送信アンテナを有する。発振部21は、連続波の共通信号を発生させる。変調部22は、共通信号をM個の送信アンテナと同数に分岐させたM個の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期Tp毎に分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、複数の送信アンテナに入力されるM個の送信信号を生成する。受信アンテナ部4は、第1間隔dTとは異なるように設定された第2間隔dRで、配列方向に沿って一列に配置されるN個の受信アンテナを有する。処理部6は、受信アンテナ部4にて受信されたN個の受信信号のそれぞれから抽出される、M個の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、送信アンテナ部3からの放射波を反射した物体に関する物体情報を生成する。
The
Transmitting
そしてレーダ装置1では、M個の送信アンテナとN個の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成される。また、第1間隔dTは、複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔dと、2以上の整数である第1倍数との乗算値に等しく、第2間隔は、最小間隔dと、2以上の整数であり且つ第1倍数と異なるように設定された第2倍数との乗算値に等しい。そして本実施形態では、第1倍数は3、第2倍数は2であり、第1倍数および第2倍数は互いに素である。
Then, in the
このようにレーダ装置1は、N個の受信アンテナの配置間隔が仮想受信アンテナの配置間隔の2倍以上であり、物理的な受信チャネル間隔を広げることができるために、受信チャネル間のアイソレーションを向上させることができ、物体の方位の検出精度を向上させることができる。
As described above, in the
また、本実施形態のレーダ装置1は、ターゲット信号とミラーゴースト信号とが重畳する状況において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。
MIMOを用いて方位を推定する場合には、送信信号の方位を示す送信ステアリングベクトルと、受信信号の方位を示す受信ステアリングベクトルとを同一方向に揃えた状態で方位スキャンを行う。
Further, the
When the direction is estimated using MIMO, the direction scan is performed with the transmission steering vector indicating the direction of the transmission signal and the reception steering vector indicating the direction of the reception signal aligned in the same direction.
真のターゲットで反射して受信アンテナで直接受信された信号(以下、ターゲット信号)では、送信ステアリングベクトルと、受信ステアリングベクトルとが、真のターゲットが存在する方位を向く。一方、ミラーゴースト信号(例えば、送信アンテナ→ターゲット→壁→受信アンテナの経路で受信される信号)では、送信ステアリングベクトルは、真のターゲットが存在する方位を向き、受信ステアリングベクトルは壁が存在する方位を向いている。 In the signal reflected by the true target and directly received by the receiving antenna (hereinafter referred to as the target signal), the transmission steering vector and the reception steering vector face the direction in which the true target exists. On the other hand, in a mirror ghost signal (for example, a signal received in the path of transmitting antenna → target → wall → receiving antenna), the transmitting steering vector points in the direction in which the true target exists, and the receiving steering vector has a wall. It is facing the direction.
このため、複数の仮想受信アンテナ毎に得られるミラーゴースト信号の方位スペクトラムには、送信アンテナの間隔に対応する角度毎に周期的な誤差が乗ってしまう。この周期的な誤差は、送信ステアリングベクトルの方位と受信ステアリングベクトルの方位との不一致に起因して発生する。なお、上記の方位スペクトラムは、横軸を方位、縦軸を信号強度として、各方位に対する信号強度の分布を示す。 Therefore, the directional spectrum of the mirror ghost signal obtained for each of the plurality of virtual receiving antennas has a periodic error for each angle corresponding to the distance between the transmitting antennas. This periodic error occurs due to the mismatch between the orientation of the transmit steering vector and the orientation of the receive steering vector. In the above directional spectrum, the horizontal axis is the azimuth and the vertical axis is the signal strength, and the distribution of the signal strength for each direction is shown.
図12は、従来および本実施形態のMIMOアンテナの配置におけるターゲットの推定軌跡を示す図である。グラフG1は、従来のMIMOアンテナの配置におけるターゲットの推定軌跡を示す。グラフG2は、本実施形態のMIMOアンテナの配置におけるターゲットの推定軌跡を示す。 FIG. 12 is a diagram showing an estimated locus of a target in the arrangement of the MIMO antennas of the conventional and the present embodiment. Graph G1 shows the estimated locus of the target in the conventional MIMO antenna arrangement. Graph G2 shows the estimated locus of the target in the arrangement of the MIMO antenna of the present embodiment.
グラフG1,G2では、(x,y)=(0[m],0[m])の位置に、レーダ装置1を搭載した自車両MCが配置され、(x,y)=(2[m],0〜200[m])の位置に壁WLが配置されている状態で、移動軌跡L1に示すように自車両MCに接近するターゲットの推定軌跡を複数の丸印で示している。
In the graphs G1 and G2, the own vehicle MC equipped with the
グラフG1では、従来のMIMOアンテナの配置として、M=2,N=6,dT=6d,dR=dとしている。グラフG2では、本実施形態のMIMOアンテナの配置として、M=2,N=6,dT=3d,dR=d2としている。 In the graph G1, M = 2, N = 6, d T = 6d, d R = d as the arrangement of the conventional MIMO antennas. In the graph G2, the arrangement of the MIMO antennas of the present embodiment is M = 2, N = 6, d T = 3d, d R = d2.
従来のMIMOアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が広いために、ミラーゴースト信号の周期的な誤差が、低周波となり、ミラーゴースト信号の方位の周辺に集中する。ミラーゴースト信号の周期的な誤差がミラーゴースト信号の方位の周辺に集中することにより、ミラーゴースト信号の方位の周辺において誤差の強度が大きくなる。そして、ターゲット信号とミラーゴースト信号との方位差は小さい。このため、ターゲット信号とミラーゴースト信号との分別が困難となってしまう。 In the conventional MIMO antenna arrangement, since the distance between the transmitting antennas adjacent to each other is wide, the periodic error of the mirror ghost signal becomes low frequency and is concentrated around the direction of the mirror ghost signal. By concentrating the periodic error of the mirror ghost signal around the direction of the mirror ghost signal, the intensity of the error increases around the direction of the mirror ghost signal. The directional difference between the target signal and the mirror ghost signal is small. Therefore, it becomes difficult to separate the target signal and the mirror ghost signal.
一方、本実施形態のMIMOアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が狭いために、ミラーゴースト信号の周期的な誤差が、高周波となり、広い方位範囲に分散される。このため、ターゲット信号とミラーゴースト信号との方位差は小さくても、ミラーゴースト信号の方位の周辺で発生する誤差の影響が小さくなり、ターゲット信号とミラーゴースト信号との分別が容易となる。 On the other hand, in the arrangement of the MIMO antennas of the present embodiment, since the distance between the transmitting antennas adjacent to each other is narrow, the periodic error of the mirror ghost signal becomes high frequency and is dispersed in a wide directional range. Therefore, even if the directional difference between the target signal and the mirror ghost signal is small, the influence of the error generated around the directional of the mirror ghost signal is small, and the target signal and the mirror ghost signal can be easily separated.
グラフG1に示すように、従来のMIMOアンテナの配置では、(x,y)=(0[m],0〜20[m])の位置において、ターゲットの移動軌跡と推定軌跡とがほぼ一致している。一方、グラフG2に示すように、本実施形態のMIMOアンテナの配置では、(x,y)=(0[m],0〜70[m])の位置において、ターゲットの移動軌跡と推定軌跡とがほぼ一致している。このように、本実施形態のレーダ装置1は、従来のMIMOアンテナの配置と比較して、ターゲットの方位をより正確に推定することができる。
As shown in graph G1, in the conventional MIMO antenna arrangement, the movement locus of the target and the estimated locus substantially match at the position of (x, y) = (0 [m], 0 to 20 [m]). ing. On the other hand, as shown in the graph G2, in the arrangement of the MIMO antenna of the present embodiment, the movement locus and the estimated locus of the target are obtained at the position of (x, y) = (0 [m], 0 to 70 [m]). Are almost the same. As described above, the
また、本実施形態のレーダ装置1は、複数のターゲットが存在している状況において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。本実施形態のレーダ装置1は、例えば図13に示すように、送信アンテナTX1,TX2による各受信信号のうち、一方の送信アンテナによる受信信号のみに、干渉波が重畳する状態において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。
Further, the
図14は、従来および本実施形態のMIMOアンテナの配置においてMUSIC法を用いてターゲット方位を推定した場合の方位スペクトラムを示す。グラフG3は、従来のMIMOアンテナの配置における方位スペクトラムを示す。グラフG4は、本実施形態のMIMOアンテナの配置における方位スペクトラムを示す。 FIG. 14 shows the directional spectrum when the target azimuth is estimated by using the MUSIC method in the arrangement of the MIMO antennas of the conventional and the present embodiment. Graph G3 shows the directional spectrum in a conventional MIMO antenna arrangement. Graph G4 shows the directional spectrum in the arrangement of the MIMO antennas of this embodiment.
従来のMIMOアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が広いために、干渉波信号の信号成分が干渉波方位周辺に集中し、グラフG3に示すように、干渉波ピークをその方位に検出してしまう。 In the conventional MIMO antenna arrangement, since the distance between the transmitting antennas adjacent to each other is wide, the signal components of the interference wave signal are concentrated around the interference wave direction, and the interference wave peak is set to that direction as shown in Graph G3. It will be detected.
一方、本実施形態のMIMOアンテナの配置では、互いに隣接する送信アンテナ間の間隔が狭いために、干渉波方位スペクトルの信号成分が広い方位に分散され、グラフG4に示すように、干渉波ピークを検出し難くなる。 On the other hand, in the arrangement of the MIMO antennas of the present embodiment, since the distance between the transmitting antennas adjacent to each other is narrow, the signal components of the interference wave azimuth spectrum are dispersed in a wide direction, and as shown in the graph G4, the interference wave peak is generated. It becomes difficult to detect.
またレーダ装置1では、第1間隔dTと第2間隔dRとの差は、最小間隔dに等しい。これにより、レーダ装置1は、第1倍数および第2倍数が互いに素であるように第1間隔dTおよび第2間隔dRを決定するためのレーダ装置1の設計者の作業を容易にすることができる。
Further, in the
以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、種々変形して実施することができる。
[変形例1]
例えば上記実施形態では、dT=3d且つdR=2dである形態を示した。しかし、第1間隔dTは、仮想アレーの最小間隔dと、2以上の整数である第1倍数との乗算値に等しく、第2間隔dRは、最小間隔dと、2以上の整数であり且つ第1倍数と異なるように設定された第2倍数との乗算値に等しく、第1倍数および第2倍数は互いに素であればよい。例えば、図15に示すようにdT=2d且つdR=3dであってもよいし、図16に示すようにdT=3d且つdR=4dであってもよいし、図17に示すようにdT=3d且つdR=5dであってもよい。図15〜図17に示すように、上記の何れの場合であっても、仮想アレーの最小間隔はdである。
Although one embodiment of the present disclosure has been described above, the present disclosure is not limited to the above embodiment, and can be implemented in various modifications.
[Modification 1]
For example, in the above embodiment, the embodiment in which d T = 3d and d R = 2d is shown. However, the first interval d T is equal to the multiplication value of the minimum interval d of the virtual array and the first multiple which is an integer of 2 or more, and the second interval d R is the minimum interval d and an integer of 2 or more. It is sufficient that the first multiple and the second multiple are relatively prime to each other and are equal to the multiplication value with the second multiple set so as to be different from the first multiple. For example, as shown in FIG. 15, d T = 2d and d R = 3d may be used, or as shown in FIG. 16, d T = 3d and d R = 4d, which are shown in FIG. As described above, d T = 3d and d R = 5d may be satisfied. As shown in FIGS. 15 to 17, in any of the above cases, the minimum interval of the virtual array is d.
[変形例2]
上記実施形態では、送信アンテナおよび受信アンテナが車両の幅方向に沿って一列に配置される形態を示した。しかし、図18に示すように、送信アンテナおよび受信アンテナが車両の高さ方向DHに沿って一列に配置されるようにしてもよい。これにより、レーダ装置1は、ターゲット信号と、道路での反射に起因したミラーゴースト信号(すなわち、送信アンテナ→ターゲット→道路→受信アンテナの経路で受信される信号)とが重畳する状況において、ターゲットの方位推定精度を向上させることができる。
[Modification 2]
In the above embodiment, the transmitting antenna and the receiving antenna are arranged in a row along the width direction of the vehicle. However, as shown in FIG. 18, the transmitting antenna and the receiving antenna may be arranged in a row along the height direction DH of the vehicle. As a result, the
[変形例3]
上記実施形態では、送信アンテナおよび受信アンテナが車両の幅方向に沿って一列に配置される形態を示した。しかし、図19に示すように、送信アンテナおよび受信アンテナが行列状に形成されるようにしてもよい。すなわち、送信アンテナ部3は、複数の送信アンテナが、配列方向に沿って第1間隔dTで配置されるとともに、配列方向に対して垂直な垂直配列方向に沿って第1間隔dTで配置される。また受信アンテナ部4は、複数の受信アンテナが、配列方向に沿って第2間隔dRで配置されるとともに、垂直配列方向に沿って第2間隔dRで配置される。これにより、レーダ装置1は、物体の位置を、二次元ではなく、3次元で検出することができる。例えば、配列方向が車両の幅方向であり、垂直配列方向が車両の高さ方向である場合には、車両の幅方向に沿った位置と、車両の高さ方向に沿った位置とにより、物体の位置を3次元で検出することができる。
[Modification 3]
In the above embodiment, the transmitting antenna and the receiving antenna are arranged in a row along the width direction of the vehicle. However, as shown in FIG. 19, the transmitting antenna and the receiving antenna may be formed in a matrix. That is, in the transmitting
また、上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。 Further, the function of one component in the above embodiment may be shared by a plurality of components, or the function of the plurality of components may be exerted by one component. Further, a part of the configuration of the above embodiment may be omitted. Further, at least a part of the configuration of the above embodiment may be added or replaced with the configuration of the other embodiment. It should be noted that all aspects included in the technical idea specified from the wording described in the claims are embodiments of the present disclosure.
上述したレーダ装置1の他、当該レーダ装置1を構成要素とするシステムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。
In addition to the
1…レーダ装置、2…送信部、3…送信アンテナ部、4…受信アンテナ部、5…受信部、6…処理部、21…発振部、22…変調部 1 ... Radar device, 2 ... Transmission unit, 3 ... Transmission antenna unit, 4 ... Reception antenna unit, 5 ... Reception unit, 6 ... Processing unit, 21 ... Oscillation unit, 22 ... Modulation unit
Claims (4)
連続波の共通信号を発生させる発振部(21)と、
前記共通信号を前記複数の送信アンテナと同数に分岐させた複数の分岐信号のそれぞれについて、それぞれが異なる位相回転量で、予め設定された繰返周期毎に前記分岐信号の位相を回転させる位相偏移変調を行うことで、前記複数の送信アンテナに入力される複数の送信信号を生成する変調部(22)と、
前記第1間隔とは異なるように設定された第2間隔で、前記配列方向に沿って一列に配置される複数の受信アンテナを有する受信アンテナ部(4)と、
前記受信アンテナ部にて受信された複数の受信信号のそれぞれから抽出される、前記複数の送信信号に対応した複数の信号成分に基づいて、前記送信アンテナ部からの放射波を反射した物体に関する情報を生成する処理部(6)と
を備え、
前記複数の送信アンテナと前記複数の受信アンテナとにより、複数の仮想受信アンテナが前記配列方向に沿って一列に配置される仮想アレーが形成され、
前記第1間隔は、前記複数の仮想受信アンテナの配置間隔の最小値である最小間隔と、2以上の整数である第1倍数との乗算値に等しく、
前記第2間隔は、前記最小間隔と、2以上の整数であり且つ前記第1倍数と異なるように設定された第2倍数との乗算値に等しく、
前記第1倍数および前記第2倍数は互いに素であるレーダ装置(1)。 A transmitting antenna unit (3) having a plurality of transmitting antennas arranged in a row along a preset arrangement direction at a preset first interval, and a transmitting antenna unit (3).
Oscillator (21) that generates a common signal of continuous waves,
For each of the plurality of branched signals obtained by branching the common signal to the same number as the plurality of transmitting antennas, the phase shift that rotates the phase of the branched signal at each preset repetition period with a different phase rotation amount. By performing phase shift keying, a modulation unit (22) that generates a plurality of transmission signals input to the plurality of transmission antennas, and a modulation unit (22).
A receiving antenna unit (4) having a plurality of receiving antennas arranged in a row along the arrangement direction at a second interval set differently from the first interval, and a receiving antenna unit (4).
Information about an object that reflects a radiated wave from the transmitting antenna unit based on a plurality of signal components corresponding to the plurality of transmitting signals extracted from each of the plurality of received signals received by the receiving antenna unit. Equipped with a processing unit (6) to generate
The plurality of transmitting antennas and the plurality of receiving antennas form a virtual array in which a plurality of virtual receiving antennas are arranged in a row along the arrangement direction.
The first interval is equal to the multiplication value of the minimum interval, which is the minimum value of the arrangement interval of the plurality of virtual receiving antennas, and the first multiple, which is an integer of 2 or more.
The second interval is equal to the multiplication value of the minimum interval and a second multiple that is an integer of 2 or more and is set to be different from the first multiple.
A radar device (1) in which the first multiple and the second multiple are coprime.
前記第1間隔と前記第2間隔との差は、前記最小間隔に等しいレーダ装置。 The radar device according to claim 1.
A radar device in which the difference between the first interval and the second interval is equal to the minimum interval.
前記レーダ装置は車両に搭載され、
前記配列方向は、前記車両の高さ方向であるレーダ装置。 The radar device according to claim 1 or 2.
The radar device is mounted on the vehicle and
The arrangement direction is a radar device that is the height direction of the vehicle.
前記送信アンテナ部は、前記複数の送信アンテナが、前記配列方向に沿って前記第1間隔で配置されるとともに、前記配列方向に対して垂直な垂直配列方向に沿って前記第1間隔で配置されることにより、行列状に形成され、
前記受信アンテナ部は、前記複数の受信アンテナが、前記配列方向に沿って前記第2間隔で配置されるとともに、前記垂直配列方向に沿って前記第2間隔で配置されることにより、行列状に形成されるレーダ装置。 The radar device according to any one of claims 1 to 3.
In the transmitting antenna unit, the plurality of transmitting antennas are arranged at the first interval along the arrangement direction and at the first interval along the vertical arrangement direction perpendicular to the arrangement direction. By doing so, it is formed in a matrix.
The receiving antenna unit is arranged in a matrix by arranging the plurality of receiving antennas at the second interval along the arrangement direction and at the second interval along the vertical arrangement direction. Radar device formed.
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